(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ナビゲーションの方法であって、
多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する工程であって、
前記デバイスに近接した任意の物体の位置を決定する工程と、
前記デバイスに近接した任意の物体の物理的寸法を決定する工程と、
前記デバイスに近接した任意の物体の電磁的特性を決定する工程と、を含む周波数応答を予測する工程と、
実際のデバイス位置で周波数応答を測定する工程と、
前記測定周波数応答を、前記予測周波数応答の１つに整合して、推定デバイス位置を決定する工程であって、前記推定デバイス位置は、前記測定周波数応答に最も密接に整合する前記１つの予測周波数応答に関連付けられた前記可能性のあるデバイス位置に対応する工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記測定周波数応答を前記予測周波数応答の１つに整合させる工程は、
前記測定周波数応答を前記多数の可能性のあるデバイス位置に各々関連付けられた各前記予測周波数応答と比較する工程と、
前記測定周波数応答と前記予測周波数応答の１つとの間の最良の適合に基づいて、前記多数の可能性のあるデバイス位置から前記推定デバイス位置を選択する工程と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各予測周波数応答と前記測定周波数応答との間の適合性メトリクスを決定する工程をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記測定周波数応答と各予測周波数応答との間の最小二乗適合を決定する工程をさらに含む、請求項１ないし３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記測定周波数応答と各予測周波数応答に対する前記最小二乗適合の留数に反比例するように、適合性メトリクスを決定する工程をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記測定周波数応答と各予測周波数応答との間の前記最小二乗適合決定の最も低い留数に対応する最良の適合メトリクスを選択する工程であって、前記推定デバイス位置は前記最良の適合メトリクスを備えた前記可能性のあるデバイス位置に対応する、工程をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記デバイスの粗位置を推定する工程であって、
前記デバイスの前記粗位置を推定する工程は、グローバル測位システム位置を決定する工程と、測量する工程と、直線距離三辺測量、非直線距離三辺測量、無線周波数またはその位置が既知である光学送信機からの三角測量と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを含む工程をさらに含む、請求項１ないし６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記周波数応答を予測する際に前記デバイスに近接した任意の物体からの散乱を決定する工程をさらに含む、請求項１ないし７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記周波数応答を予測する際に前記デバイスに近接した任意の物体によって引き起こされるマルチパス干渉を決定する工程をさらに含む、請求項１ないし８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記デバイスに近接した任意の物体によるマルチパス干渉を決定する工程は、
物理光学を使用する工程と、
回析物理理論を使用する工程と、
回析幾何学理論を使用する工程と、
回析均一理論を使用する工程と、
光線追跡を使用する工程と、
光線バウンスを使用する工程と、
有限差分時間領域技術を使用する工程と、
モメント法を使用する工程と、
高速多重極技術を使用する工程と、
これらの組み合わせを使用する工程の、
少なくとも１つを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
無線ナビゲーションの方法であって、
多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する工程であって、
前記デバイスに近接した任意の物体の位置を決定する工程と、
前記デバイスに近接した任意の物体の物理的寸法を決定する工程と、
前記デバイスに近接した任意の物体の電磁的特性を決定する工程と、を含む周波数応答を予測する工程と、
実際のデバイス位置で周波数応答を測定する工程と、
前記測定周波数応答を、前記多数の可能性のあるデバイス位置に各々関連付けられた各前記予測周波数応答と比較する工程と、
前記測定周波数応答と前記予測周波数応答の１つとの間の最良の適合に基づいて、前記多数の可能性のあるデバイス位置から推定デバイス位置を選択する工程と、
を含む、方法。
【請求項１２】
無線ナビゲーションのためのデバイスであって、
多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測するための周波数応答予測サブシステムであって、
前記デバイスに近接した任意の物体の位置を決定し、
前記デバイスに近接した任意の物体の物理的寸法を決定し、
前記デバイスに近接した任意の物体の電磁的特性を決定する、周波数応答予測サブシステムと、
実際のデバイス位置で周波数応答を測定するための周波数応答測定サブシステムと、
前記測定周波数応答を、前記多数の可能性のあるデバイス位置にそれぞれ関連付けられた各前記予測周波数応答と比較して、前記測定周波数応答と前記予測周波数応答の１つとの間の最良の適合に基づいて、前記多数の可能性のあるデバイス位置から推定デバイス位置を選択するための位置推定サブシステムと、
を含む、デバイス。
【請求項１３】
無線ナビゲーションのためのデバイスであって、
多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する手段であって、
前記デバイスに近接した任意の物体の位置を決定する手段と、
前記デバイスに近接した任意の物体の物理的寸法を決定する手段と、
前記デバイスに近接した任意の物体の電磁的特性を決定する手段と、を含む周波数応答を予測する手段と、
実際のデバイス位置で周波数応答を測定する手段と、
前記測定周波数応答を、前記予測周波数応答の１つに整合して、推定デバイス位置を決定する手段であって、前記推定デバイス位置は、前記測定周波数応答に最も密接に整合する前記１つの予測周波数応答に関連付けられた前記可能性のあるデバイス位置に対応する、手段と、
を含む、デバイス。
【請求項１４】
無線ナビゲーションのためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は、
コンピュータ使用可能プログラムコードが具現化されるコンピュータ使用可能記憶媒体を含み、前記コンピュータ使用可能記憶媒体は、
多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測するように構成される、コンピュータ使用可能プログラムコードであって、
前記デバイスに近接した任意の物体の位置を決定するように構成される、コンピュータ使用可能プログラムコードと、
前記デバイスに近接した任意の物体の物理的寸法を決定するように構成される、コンピュータ使用可能プログラムコードと、
前記デバイスに近接した任意の物体の電磁的特性を決定するように構成される、コンピュータ使用可能プログラムコードと、を含む周波数応答を予測するように構成されるプログラムコードと、
測定周波数応答を、多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに関連付けられた多数の前記予測周波数応答のそれぞれと比較するように構成される、コンピュータ使用可能プログラムコードと、
前記測定周波数応答と前記予測周波数応答の１つとの間の最良な適合に基づいて、前記多数の可能性のあるデバイス位置から推定デバイス位置を選択するように構成されるコンピュータ使用可能プログラムコードと、
を含む、コンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
無線ナビゲーションのためのデバイスを含み、前記無線ナビゲーションのためのデバイスは、
多数の可能性のある車両位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する手段であって、
前記デバイスに近接した任意の物体の位置を決定する手段と、
前記デバイスに近接した任意の物体の物理的寸法を決定する手段と、
前記デバイスに近接した任意の物体の電磁的特性を決定する手段と、を含む周波数応答を予測する手段と、
実際の車両位置で周波数応答を測定する手段と、
前記測定周波数応答を、前記予測周波数応答の１つに整合して、推定車両位置を決定する手段であって、前記推定車両位置は、前記測定周波数応答に最も密接に整合する前記１つの予測周波数応答に関連付けられた前記可能性のある車両位置に対応する、手段と、
を含む、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、通信デバイスなどのデバイスのナビゲーションおよび位置の決定に関し、より詳細には無線周波数ナビゲーションまたは周波数応答整合を使用したデバイスの位置の決定に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
無線ナビゲーションを使用したデバイスの位置を決定することは、デバイスが到着時刻技術および他の技術を不確かなものにし得る近接場散乱物体に近接した構造体内または他の動作環境内においては、特に難問であり得る。無線ナビゲーション受信機などが１つ以上の散乱物体の近接場にある場合、散乱物体により散乱された直線距離（ＬＯＳ）信号と非直線信号（ＮＬＯＳ）信号との間で、これらのタイプの信号を区別するには不十分な時間が経過し得る。このため、受信機と散乱物体との間のおおよその距離において精度誤差を生じ得る。はるかに高度の位置決め精度が必要とされる場合には、特に信号帯域幅が限定されると、到着時刻技術は不確かになり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
発明の簡単な要約
本発明の実施形態によると、無線ナビゲーションは、多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する工程を含み得る。方法はまた、実際のデバイス位置において周波数応答を測定する工程も含み得る。方法は、測定周波数応答を予測周波数応答の１つと整合させて、推定デバイス位置を決定する工程であって、推定デバイス位置は、測定周波数応答に最も密接に整合する１つの予測周波数応答に関連付けられた可能性のあるデバイス位置に対応する、工程をさらに含み得る。
【０００４】
本発明の別の実施形態によると、無線ナビゲーションの方法は、多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する工程と、実際のデバイス位置で周波数応答を測定する工程とを含み得る。方法はまた、測定周波数応答を、多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに関連付けられた各予測周波数応答と比較する工程も含み得る。方法は、測定周波数応答と予測周波数応答の１つとの間の最良の適合に基づいて、多数の可能性のあるデバイス位置から推定デバイス位置を選択する工程をさらに含み得る。
【０００５】
本発明の別の実施形態によると、無線ナビゲーションのためのデバイスは、多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測するための周波数応答予測サブシステムを含み得る。デバイスはまた、実際のデバイス位置で周波数応答を測定するための周波数応答測定サブシステムも含み得る。デバイスは、測定周波数応答を、多数の可能性のあるデバイス位置にそれぞれ関連付けられた各予測周波数応答と比較して、測定周波数応答と予測周波数応答の１つとの間の最良の適合に基づいて、多数の可能性のあるデバイス位置から推定デバイス位置を選択するための位置推定サブシステムをさらに含み得る。
【０００６】
本発明の別の実施形態によると、無線ナビゲーションのためのデバイスは、多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する手段と、実際のデバイス位置で周波数応答を測定する手段とを含み得る。デバイスはまた、測定周波数応答を、予測周波数応答の１つに整合して、推定デバイス位置を決定する手段であって、推定デバイス位置は、測定周波数応答に最も密接に整合する１つの予測周波数応答に関連付けられた
可能性のあるデバイス位置に対応する、手段も含み得る。
【０００７】
本発明の別の実施形態によると、無線ナビゲーションのためのコンピュータプログラム製品は、コンピュータ使用可能プログラムコードが具現化されるコンピュータ使用可能媒体を含み得る。コンピュータ使用可能媒体は、測定周波数応答を、多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに関連付けられた多数の予測周波数応答のそれぞれと比較するように構成されるコンピュータ使用可能プログラムコードを含み得る。コンピュータ使用可能媒体はまた、測定周波数応答と予測周波数応答の１つとの間の最良な適合に基づいて、多数の可能性のあるデバイス位置から推定デバイス位置を選択するように構成されるコンピュータ使用可能プログラムコードも含み得る。
【０００８】
本発明の別の実施形態によると、車両は無線ナビゲーションのためのデバイスを含み得る。無線ナビゲーションのためのデバイスは、多数の可能性のある車両位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する手段と、実際の車両位置で周波数応答を測定する手段とを含み得る。車両はまた、測定周波数応答を、予測周波数応答の１つに整合して、推定車両位置を決定する手段であって、推定車両位置は、測定周波数応答に最も密接に整合する１つの予測周波数応答に関連付けられた可能性のある車両位置に対応する手段も含み得る。
【０００９】
請求項によってのみ定義されるように、技術の他の態様および特徴は、添付図とともに以下の制限されない詳細な説明を検討すると、当業者には明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態による、周波数応答整合を使用してデバイス位置を決定するように構成された無線ナビゲーションデバイスの図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、周波数応答整合を使用した無線周波数ナビゲーションの方法の一例のフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、周波数応答整合を使用した無線周波数ナビゲーションの例示的デバイスのブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による、物体の散乱干渉を予測する例を図示する。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施形態による、位置付けされているデバイスに近接した多数の可能性のある位置における予測周波数応答の例を図示する。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施形態による、位置付けされているデバイスに近接した多数の可能性のある位置における予測周波数応答の例を図示する。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の実施形態による、位置付けされているデバイスに近接した多数の可能性のある位置における予測周波数応答の例を図示する。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本発明の実施形態による、位置付けされているデバイスに近接した多数の可能性のある位置における予測周波数応答の例を図示する。
【図５Ｅ】図５Ｅは、本発明の実施形態による、位置付けされているデバイスに近接した多数の可能性のある位置における予測周波数応答の例を図示する。
【図５Ｆ】図５Ｆは、本発明の実施形態による、位置付けされているデバイスに近接した多数の可能性のある位置における予測周波数応答の例を図示する。
【図５Ｇ】図５Ｇは、本発明の実施形態による、位置付けされているデバイスに近接した多数の可能性のある位置における予測周波数応答の例を図示する。
【図５Ｈ】図５Ｈは、本発明の実施形態による、位置付けされているデバイスに近接した多数の可能性のある位置における予測周波数応答の例を図示する。
【図５Ｉ】図５Ｉは、本発明の実施形態による、位置付けされているデバイスに近接した多数の可能性のある位置における予測周波数応答の例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
発明の詳細な説明
実施形態の以下の詳細な説明は、本発明の具体的な実施形態を図示する添付図面を参照する。異なる構造および動作を有する他の実施形態は本発明の範囲から逸脱しない。
【００１２】
当業者によって理解されるように、開示される技術は、方法、システムまたはコンピュータプログラム製品として具現化され得る。従って、開示される技術は、すでに、本明細書ではすべて「回路」、「モジュール」または「システム」と称され得る、完全にハードウェア実施形態、完全にソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）またはソフトウェアとハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形をとり得る。さらに、本発明は、媒体においてコンピュータ使用可能プログラムコードが具現化されるコンピュータ使用可能記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形をとり得る。
【００１３】
任意の適切なコンピュータ使用可能またはコンピュータ読み取り可能媒体が利用され得る。コンピュータ使用可能またはコンピュータ読み取り可能媒体は、例えば電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、または半導体システム、装置、デバイスまたは伝搬媒体であり得るが、これらに限定されない。コンピュータ読み取り可能媒体のより具体的な例（非包括リスト）は、以下を含むであろう。すなわち、１つ以上のワイヤを有する電気接続、携帯コンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶デバイス、インターネットもしくはイントラネットをサポートするものなどの伝送媒体、または磁気記憶デバイスを含む。なお、プログラムは例えば紙または他の媒体の光学走査を介して電気的に取り込まれ、その後コンパイルされて解釈されるか、またはそうでなければ必要に応じて適切な方法で処理され、その後コンピュータメモリに保存され得るので、コンピュータ使用可能またはコンピュータ読み取り可能媒体は、プログラムが印刷された紙または別の適切な媒体でさえもあり得る。本書の文脈では、コンピュータ使用可能またはコンピュータ読み取り可能媒体は、命令実行システム、装置もしくはデバイスにより、またはそれと連動して使用するプログラムを内蔵、記憶、通信、伝播または移送することが可能な任意の媒体であり得る。
【００１４】
開示される技術の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語で書かれ得る。但し、その動作を実行するためのコンピュータプログラムコードはまた、「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語などの従来の手続きプログラミング言語で書かれ得る。プログラムコードは、完全にユーザのコンピュータ上で、スタンドアローンソフトウェアパッケージとして部分的にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上かつ部分的に遠距離コンピュータ上で、または完全に遠距離コンピュータもしくはサーバ上で実行し得る。後者のシナリオでは、遠距離コンピュータはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）または広域ネットワーク（ＷＡＮ）を通してユーザのコンピュータに接続され得るか、または外部コンピュータに（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用するインターネットを通して）接続され得る。
【００１５】
我々の技術は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）およびコンピュータプログラム製品のフローチャート図および／またはブロック図を参照にして下記に説明される。フローチャート図および／またはブロック図の各ブロックならびにフローチャート図および／またはブロック図におけるブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令により実装可能であることは理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータのプロセッサまたはマシーンを生産するための他のプログラマブルデータ処理装置に与えられ、コンピュータのプロセッサまたは他の
プログラマブルデータ処理装置を介して実行する命令が、フローチャートおよび／またはブロック図のブロック（単数または複数）において特定される機能／作用を実装する手段を作成し得る。
【００１６】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置を指示可能なコンピュータ読み取り可能メモリに記憶され、コンピュータ読み取り可能メモリに記憶された命令がフローチャートおよび／またはブロック図のブロック（単数または複数）において特定される機能／作用を実装する命令手段を含む製造の品目を生産するように、特定的に機能し得る。
【００１７】
コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置上にロードして、一連の動作ステップをコンピュータ上または他のプログラマブル装置上で実行させて、コンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実行する命令がフローチャートおよび／またはブロック図のブロック（単数または複数）で特定される機能／作用を実装するためのステップを提供するように、コンピュータ実装処理を生成する。
【００１８】
図１は、周波数応答整合を使用して、本明細書の実施形態によるデバイス１０２の位置を決定するように構成された無線ナビゲーションデバイス１００の図である。デバイス１０２は通信デバイス、受信機または、ナビゲーション目的、追跡目的または他の目的で位置が求められ得る任意のタイプのデバイスであり得る。デバイス１０２は位置が求められる車両であり得る。車両は地上車、航空宇宙機、船舶などであり得る。ナビゲーションデバイス１００もまた、デバイス１０２に組み込まれ得るか、または図１の実施形態で図示されるように別個のデバイスであり得る。無線ナビゲーションまたは同様の技術を使用して、位置を決定するか、位置を推定するためにデバイス１００に対して使用され得る無線ナビゲーションデバイス３００の例を、図３を参照してより詳細に説明する。
【００１９】
デバイス１０２および／または無線ナビゲーションデバイス１００は、別の通信デバイスまたは送信機１０４からの信号を受信する。デバイス１０４も、通信デバイスまたは送信機に関連付けられた、航空宇宙機、地上車両、船舶などのような車両であり得る。信号は、図１に図示されるように、窓、ドアまたは、構造体１０６の他の特徴のような種々の散乱物体１０８により散乱され得る。従って、無線ナビゲーションデバイス１００は、これらの特徴または散乱物体１０８の電磁的特性を考慮し得る。従って、デバイス１０２およびナビゲーションデバイス１００は、送信機１０４からの主信号に加えて、多数の散乱信号を受信し得る。
【００２０】
本明細書で説明されるように、無線ナビゲーションデバイス１００は、デバイス１０２の多数の可能性のある位置のそれぞれに対して周波数応答を予測し、かつデバイス１０２の実際の位置での周波数応答を測定するように構成され得る。無線ナビゲーションデバイス１００はその後、測定周波数応答を予測周波数応答の１つと整合させて、デバイス１０２の推定位置を決定し得る。推定デバイス位置は、測定周波数応答に最も緊密に整合する１つの予測周波数応答に関連付けられた可能性のあるデバイス位置に対応し得る。多数の可能性のあるデバイス位置で周波数応答を予測する際に、無線ナビゲーションデバイス１００は、任意の散乱物体または構造体１０６の特徴、窓、ドアなどのような任意の散乱物体１０８により引き起こされるマルチパス干渉およびこれらの特徴または散乱物体１０８の電磁的特性を考慮し得る。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態による無線応答整合を使用した無線周波数ナビゲーションのための方法２００の例のフローチャートである。方法２００は、無線ナビゲーションデバイス１００で具現化され得る。ブロック２０２では、位置付け対象のデバイスの粗位置が推定され得る。デバイスは、通信デバイス、受信機または地理的位置が求められ得る任意
の種類のデバイスであり得る。デバイスは、多数の散乱物体を含む構造体または多数の散乱物体を含み得る他の環境内に位置付けられ得る。散乱物体は、電磁的視点から近接場に、あるいはデバイスもしくは受信機に関連付けられたデバイスもしくはアンテナからの所定数の波長内にあり得る。
【００２２】
グローバル測位システム、直線距離（ＬＯＳ）三辺測量、非直線距離（ＮＬＯＳ）三辺測量、無線周波数もしくは位置が既知の光学送信機を使用する三辺測量、または他の位置推定技術を使用ことにより、粗位置が推定され得る。
【００２３】
ブロック２０４では、位置付けされているデバイスに近接した任意の物体の地理的位置、物理的寸法、電磁的特性または他の特性が取得され得る。デバイスに近接した物体は、構造体の特徴、人、他のデバイスもしくは通信デバイス、または電磁エネルギを散乱させるか、もしくは地理的に位置付けされているデバイスにおいてマルチパス信号または干渉を受信させ得る任意のタイプの物体を含み得るが、これらに必ずしも限定されない。
【００２４】
位置、物理的寸法、電磁的特性などが、光学カメラ、赤外線カメラ、音波探知機、超音波探知機、レーダなどのような物体を検知または位置付けるための装置またはセンサを使用することにより、ブロック２０４において決定または取得され得る。
【００２５】
ブロック２０６では、位置付けられているデバイスの周波数応答が、デバイスの可能性のある実際の位置であり得る多数のデバイス位置に対して予測され得る。周波数応答を予測する際に、デバイスに近接した任意の物体からの散乱またはマルチパス干渉が決定されるか、考慮され得る。散乱またはマルチパス干渉は、物理光学、回析物理理論（ＰＴＤ）、回析幾何学理論（ＧＴＤ）、回析均一理論（ＵＴＤ）、光線追跡、光線バウンス（ｒａｙ  ｂｏｕｎｃｉｎｇ）、有限差分時間領域技術、モメント法、高速多重極技術もしくは同様の技術、またはこれらの技術の２つ以上の組み合わせなどの方法を使用して、決定または予測され得る。
【００２６】
散乱またはマルチパス干渉は期待受信電力を予測することにより決定または予測され得る。物理光学または同様の技術を使用して受信電力を予測する例は、図４を参照して説明される。図４では、送信機４００により送信される信号または波が、散乱物体４０２により散乱され、受信機４０４により受信され得る。本例では、説明目的で、散乱物体４０２は平坦な導電性プレートであり得る。図４の矢印４０６で表される入射波は、図４の例で図示されるように、θｉの仰角およびΦｉの方位角で散乱物体４０２上に入射し得る。図４の矢印４０８で表される散乱波は、散乱デバイス４０２により反射され得る。予測受信電力は式１により決定され得る：
（数１）Ｐｒ＝Ｐｔ＊Ｇｔ＊Ｇｒ＊σ＊（λ／４π）２／（４π＊ｄ１＊ｄ２）２
但し、
Ｐｒ＝受信された電力（ワット）
Ｐｔ＝送信機電力（ワット）
Ｇｔ＝散乱物体の方向の送信アンテナの利得
ｄ１＝送信機と散乱物体との間の距離（メートル）
Ｇｒ＝散乱物体の方向の受信アンテナの利得
ｄ２＝散乱物体と受信機との間の距離（メートル）
λ＝電波の波長（メートル）
σ＝散乱物体のバイスタティックレーダ断面積
図４の例のように平坦な矩形の金属プレートの物理光学バイスタティックレーダ断面積（σ）は、式２により決定され得る：
（数２）σ＝４π＊［ａ＊ｂ／λ＊ｃｏｓ（θｓ）＊ｓｉｎ（Ｘ）／Ｘ＊ｓｉｎ（Ｙ）／Ｙ］２
但し、
Ｘ＝π／λ＊ａ［ｓｉｎ（θｉ）＊ｃｏｓ（φｉ）＋ｓｉｎ（θｓ）＊ｃｏｓ（φｓ）］
Ｙ＝π／λ＊ｂ［ｓｉｎ（θｉ）＊ｓｉｎ（φｉ）＋ｓｉｎ（θｓ）＊ｓｉｎ（φｓ）］
λ＝電波の波長（メートル）
ａ＝プレートの長さ
ｂ＝プレートの幅
θｉ＝入射波の仰角
φｉ＝入射波の方位角
θｓ＝散乱波の仰角
φｓ＝散乱波の方位角
図５Ａ〜図５Ｉは、本発明の実施形態により位置付けされるデバイスの多数の可能性のある位置における予測周波数応答５００ａ〜５００ｉの例を図示する。これらの応答５００は、本明細書で説明されるように位置付けされるデバイスの実際の位置における測定周波数応答と比較および整合するために記憶され得る。
【００２７】
ブロック２０８では、デバイス位置における実際の周波数応答が測定され得る。周波数応答は、動的旋回可能受信機または、図１の送信機１０４のような送信機により送信される信号（単数または多数）の周波数応答を測定することが可能な任意のタイプのデバイスを使用して測定され得る。実際の周波数応答を測定するためのデバイスまたは装置は、無線ナビゲーションデバイス１００の一部であり得る。
【００２８】
ブロック２１０では、ブロック２０８からの実際の測定周波数応答が、様々な可能性のあるデバイス位置に対応した、ブロック２０６からの各予測周波数応答と比較され得る。測定周波数応答は、測定周波数応答に最も密接に適合または対応する予測周波数応答の１つに整合され得る。推定デバイス位置は、測定応答と最も緊密に整合する１つの予測周波数応答に関連付けられた可能性のあるデバイス位置に対応し得る。
【００２９】
測定周波数応答を予測周波数応答の１つに整合させる例は、各予測周波数応答と測定周波数応答との間の適合性メトリクスを計算して、記憶することを含み得る。最小二乗適合が測定周波数応答（単数または複数）と各予測周波数応答との間で算出され得る。適合性は、最小二乗適合の留数に反比例し得る。測定周波数応答と、多数の様々な可能性のあるデバイス位置に対する予測周波数応答の間の適合または適合性メトリクスを決定するための他の方法も使用され得る。
【００３０】
ブロック２１２では、最良の適合性メトリクスが選択され得る。最良の適合性メトリクスは、最小二乗解析を使用して測定周波数応答と予測周波数応答を整合させるための適合性メトリクスを算出する本発明の本実施形態において、最小二乗算出の最も低い留数であり得る。デバイス位置は、実質的に最良の適合性メトリクスに関連付けられた位置であり得る。
【００３１】
図３は、本発明の実施形態による周波数応答整合を使用した無線周波数ナビゲーションのための例示的デバイスまたはシステム３００のブロック図である。デバイスまたはシステム３００は、デバイス１０２にも組み込まれ得る、図１のデバイス１００において具現化され得る。方法２００は、デバイス３００において具現化され得る。方法２００の様々なブロックまたはモジュールは、デバイス３００の様々な素子もしくはサブシステムまたは素子もしくはサブシステムの組み合わせにおいて具現化され得る。デバイス３００はまた、航空宇宙機、地上車、船舶などのような車両であり得るか、車両の一部を形成し得る。
【００３２】
デバイス３００は、周波数応答測定サブシステム３０２を含み得る。周波数応答測定サブシステム３０２は、デバイス３００または位置付け対象デバイスの実際の位置における信号の周波数応答を測定し得る。本発明の１つの実施形態では、周波数応答測定サブシステム３０２は、周波数応答を測定するための動的旋回可能受信機または同様の装置を含み得る。動的旋回可能受信機は、特定される全帯域に亘って１セットのサンプル周波数の電力を測定し得る。
【００３３】
本発明の別の実施形態では、周波数応答測定サブシステム３０２は、広帯域受信機または同様の装置を含み得る。広帯域受信機は信号の時間応答を測定し得、時間応答に関してフーリエ転換を取ることにより周波数応答を計算し得る。
【００３４】
周波数応答測定サブシステム３０２の出力３０４は、周波数の関数としての受信電力か、周波数の関数としての受信電圧の大きさおよび位相のいずれかを含むデータセットであり得る。
【００３５】
１つ以上のアンテナ３０６は、デバイス３００内または、周波数応答測定サブシステム３０２内に送り込まれ得る。本発明の別の実施形態では、システム３００は、偏光および到来角に対して高感度のアンテナを使用し得る。発明の本実施形態においては、その結果周波数応答測定サブシステム３０２の出力データ３０４は、アンテナ偏光および方向ならびに周波数の関数として受信電力（または電圧の大きさおよび位相）を含み得る。
【００３６】
システムまたはデバイス３００はまた、周波数応答予測サブシステム３０８も含み得る。周波数応答予測サブシステム３０８は、ローカルエリアにおける、あるいはデバイス３００または、デバイスもしくはシステム３００に関連付けられ位置付けされているデバイスの近傍における多数の可能性のある位置で受信可能な信号の周波数応答を予測し得る。周波数応答の予測は、物理光学、回析物理理論（ＰＴＤ）、回析幾何学理論（ＧＴＤ）、回析均一理論（ＵＴＤ）、光線追跡、光線バウンス（ｒａｙ  ｂｏｕｎｃｉｎｇ）、有限差分時間領域技術、モメント法、高速多重極もしくはこれらの技術の任意のハイブリッド組み合わせ、または他の計算電磁的技術を使用して算出され得る。
【００３７】
デバイス３００の近似位置は、位置推定サブシステム３１０により提供され得る。位置予測は、デバイス３００のローカル環境における任意の物体または散乱物体の物理的記述を使用し得る。物体は、建物、壁、窓、床、屋根、家具、居住者または他の物体を含み得る。居住者は、デバイス３００を操作する個人（デバイスがロボットを含む、またはロボットに搭載されていない限り）とローカル環境における任意の他の個人の両方を含み得る。位置予測はまた、受信信号へのアンテナ（単数または複数）３０６、デバイス３００の任意の影響、または環境における他のデバイスの影響から成る。
【００３８】
これらの物体の位置、物理的寸法および磁性材料が、地理的および材料データベースサブシステム３１２により提供され得る。周波数応答サブシステム３０８はまた、計算デバイスと、位置推定サブシステム３１０ならびに地理的および材料データベース３１２への通信インタフェースとを含み得る。
【００３９】
地理的および材料データベースサブシステム３１２は、動作環境のマップ、建物および他の構造体の設計図、環境における物体の磁性材料の記述、および周波数応答予測サブシステム３０８により周波数応答を予測する際の助けとなり得る他の任意のデータを含み得る。地理的および材料データベースサブシステム３１２はまた、デバイス３００により受信可能な任意の信号の周波数応答に影響を与え得るデバイスまたはシステム３００の近傍にある物体を検知または検出するための装置３１４を含み得るか、またはこれに関連付け
られ得る。図２の方法２００のブロック２０２で決定可能なように、デバイス３００に対する近似または粗位置を前提として、地理的および材料データベースサブシステム３１２は、周波数応答予測サブシステム３０８に、デバイス３００近傍における既知の物体すべての物理的記述を提供し得る。各物体の物理的記述は、物体の位置、高さ、物理的寸法および物体に含まれる材料の構成上の電磁的特性を含み得る。周波数応答予測サブシステム３０８は、このデータを使用して、デバイス３００の近傍における周波数応答を予測し得る。
【００４０】
地理的および材料データベースサブシステム３１２はまた、計算およびメモリデバイスならびに他のサブシステムに対する通信インタフェースを含み得る。地理的および材料データベースサブシステム３１２はさらに、音響、無線周波数、赤外線、紫外線および光学送受信機もしくはセンサ３１４、またはデバイス３００の近傍の物理的物体を検知し位置付けすることができる他の装置を含み得るか、それらに関連付けられ得る。かかる装置は、光学および赤外線カメラ、音波探知機、超音波探知機およびレーダを含み得る。サブシステム３１２またはデバイス３００はまた、デバイス３００のローカル動作環境の内外の他のデバイスとデータのやり取りをするための無線送受信機も含み得る。
【００４１】
位置推定サブシステム３１０は、周波数応答測定サブシステム３０２からの測定応答３０４と、周波数応答予測サブシステム３０８からの各予測応答と比較することにより、デバイス３００の位置を推定し得、最良の整合を選択し得る。デバイス３００の位置に対する推定は、最も測定周波数応答と整合する予測周波数応答に対応する位置として選ばれ得る。すでに論じたように、本発明の１つの実施形態では、可能性のあるまたは予測されたデバイス位置に対応する各周波数応答と実際のデバイス位置での測定周波数応答の間の適合性メトリクスを算出することにより、最良の整合が決定され得る。基本適合性メトリクスは、測定周波数応答と各予測周波数応答との間の最小二乗適合として計算され得る。適合性は、最小二乗適合の留数に反比例する。うまく整合する予測および測定応答は低い留数と高い適合性を有することになる。
【００４２】
位置推定サブシステム３１０は、ディスプレイまたは他のインタフェース上に呈示可能なグラフィカルインタフェースであり得るユーザインタフェース３１８によりデバイス位置推定３１６をユーザに出力して、視覚または聴覚によりデバイス位置を伝え得る。インタフェース３１８は、位置推定サブシステム３１０の一部として組み込まれ得るか、または別個の構成要素であり得る。
【００４３】
位置推定サブシステム３１０はまた、デバイス３００のローカル動作環境の内外の外部デバイスに無線通信でデバイス位置を伝えて、デバイス３００の追跡を可能とする、送受信機３２０も含み得る。位置推定サブシステム３１０はまた、デバイス３００に対する近似位置を周波数応答予測サブシステム３０８に提供し得る。
【００４４】
位置推定サブシステム３１０はさらに、測定周波数応答を予測応答と比較したり、他の機能を実行したりするための計算デバイスまたはプロセッサ３２２を含み得る。メモリデバイス３２４（単数または複数）が含まれて、データを記憶し得、他のサブシステムに対する通信インタフェース３２６、３２８および３３０が設けられ得る。ロケーション推定サブシステム３１０はまた、位置推定を絞り込むための慣性ナビゲーションデバイスなどのようなナビゲーションデバイス３３２または他のセンサを含み得る。
【００４５】
図におけるフローチャートおよびブロック図は、本発明の種々の実施形態によるシステム、方法およびコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能性および動作を図示する。この点において、フローチャートまたはブロック図における各ブロックは、特定された論理機能（単数または複数）を実装するための１つ以上の実行可能命令
を含み得る、モジュール、セグメントまたはコードの一部を表し得る。一部の代替実装では、ブロックに記された機能は図に記された順番以外で発生し得ることにも留意すべきである。例えば、連続して示された２つのブロックは実際には、含まれる機能性に依存して、実質的に同時に実行され得るか、またはときにはブロックは逆の順番で実行され得る。また、ブロック図および／またはフローチャート図の各ブロックならびにブロック図および／またはフローチャート図でのブロックの組み合わせは、特定された機能または作用を実行する専用ハードウェアベースシステムにより、または専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせにより実装可能であることにも留意する。
【００４６】
本明細書で使用される用語は、特定実施形態説明のためだけであり、発明の限定を意図するものではない。本明細書で使用されるように、単数形の“ａ”、“ａｎ”および  “ｔｈｅ”は、文脈において別途明確に示されない限り、複数形も含むことが意図される。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓおよび／またはｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で使用される場合は、述べられる特徴、整数、ステップ、動作、素子および／または構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、素子、構成要素および／またはそれらのグループの存在もしくは追加を排除しないことはさらに理解されるであろう。
【００４７】
本明細書において具体的な実施形態が図示されて説明されているが、当業者は、同じ目的を達成するために算出される任意の配列が示された具体的実施形態の代用とされ得、発明は他の環境において他の用途を有することを理解する。本願は、本発明のいかなる適応または変形も網羅することが意図される。以下の請求項は、本明細書で説明される具体的実施形態に発明の範囲を限定することを意図するものではない。
また、本発明は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
無線ナビゲーションの方法であって、
多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する工程と、
実際のデバイス位置で周波数応答を測定する工程と、
前記測定周波数応答を、前記予測周波数応答の１つに整合して、推定デバイス位置を決定する工程であって、前記推定デバイス位置は、前記測定周波数応答に最も密接に整合する前記１つの予測周波数応答に関連付けられた前記可能性のあるデバイス位置に対応する工程と、
を含む、方法。
（態様２）
前記測定周波数応答を前記予測周波数応答の１つに整合させる工程は、
前記測定周波数応答を前記多数の可能性のあるデバイス位置に各々関連付けられた各前記予測周波数応答と比較する工程と、
前記測定周波数応答と前記予測周波数応答の１つとの間の最良の適合に基づいて、前記多数の可能性のあるデバイス位置から前記推定デバイス位置を選択する工程と、
を含む、態様１に記載の方法。
（態様３）
各予測周波数応答と前記測定周波数応答との間の適合性メトリクスを決定する工程をさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様４）
前記測定周波数応答と各予測周波数応答との間の最小二乗適合を決定する工程をさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様５）
前記測定周波数応答と各予測周波数応答に対する前記最小二乗適合の留数に反比例するように、適合性メトリクスを決定する工程をさらに含む、態様４に記載の方法。
（態様６）
前記測定周波数応答と各予測周波数応答との間の前記最小二乗適合決定の最も低い留数に対応する最良の適合メトリクスを選択する工程であって、前記推定デバイス位置は前記最良の適合を備えた前記可能性のあるデバイス位置に対応する、工程をさらに含む、態様５に記載の方法。
（態様７）
前記デバイスの粗位置を推定する工程であって、
前記デバイスの前記粗位置を推定する工程は、グローバル測位システム位置を決定する工程と、測量する工程と、直線距離三辺測量、非直線距離三辺測量、無線周波数またはその位置が既知である光学送信機からの三角測量と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを含む工程をさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様８）
前記デバイスに近接した任意の物体の位置を決定する工程と、
前記デバイスに近接した任意の物体の物理的寸法を決定する工程と、
前記デバイスに近接した任意の物体の電磁的特性を決定する工程と、
をさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様９）
前記周波数応答を予測する際に前記デバイスに近接した任意の物体からの散乱を決定する工程をさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様１０）
前記周波数応答を予測する際に前記デバイスに近接した任意の物体によって引き起こされるマルチパス干渉を決定する工程をさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様１１）
前記デバイスに近接した任意の物体によるマルチパス干渉を決定する工程は、
物理光学を使用する工程と、
回析物理理論を使用する工程と、
回析幾何学理論を使用する工程と、
回析均一理論を使用する工程と、
光線追跡を使用する工程と、
光線バウンスを使用する工程と、
有限差分時間領域技術を使用する工程と、
モメント法を使用する工程と、
高速多重極技術を使用する工程と、
これらの組み合わせを使用する工程の、
少なくとも１つを含む、態様１に記載の方法。
（態様１２）
無線ナビゲーションの方法であって、
多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する工程と、
実際のデバイス位置で周波数応答を測定する工程と、
前記測定周波数応答を、前記多数の可能性のあるデバイス位置に各々関連付けられた各前記予測周波数応答と比較する工程と、
前記測定周波数応答と前記予測周波数応答の１つとの間の最良の適合に基づいて、前記多数の可能性のあるデバイス位置から推定デバイス位置を選択する工程と、
を含む、方法。
（態様１３）
各予測周波数応答と前記測定周波数応答との間の適合性メトリクスを決定する工程をさらに含む、態様１２に記載の方法。
（態様１４）
前記適合性メトリクスを決定する工程は、前記測定周波数応答と各予測周波数応答に対する最小二乗適合の留数を決定する工程であって、前記適合性メトリクスは前記最小二乗適合の前記留数に反比例する、工程を含む、態様１３に記載の方法。
（態様１５）
前記測定周波数応答と各予測周波数応答との間の最小二乗適合決定の最も低い留数に対応する最良の適合メトリクスを選択する工程であって、前記推定デバイス位置は前記最良の適合メトリクスを備えた前記可能性のあるデバイス位置に対応する、工程をさらに含む、態様１４に記載の方法。
（態様１６）
前記周波数応答を予測する際に前記デバイスに近接した任意の物体によって引き起こされるマルチパス干渉を決定する工程をさらに含む、態様１２に記載の方法。
（態様１７）
前記デバイスに近接した任意の物体の位置を決定する工程と、
前記デバイスに近接した任意の物体の物理寸法を決定する工程と、
前記デバイスに近接した任意の物体の電磁的特性を決定する工程と、
をさらに含む、態様１６に記載の方法。
（態様１８）
無線ナビゲーションのためのデバイスであって、
多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測するための周波数応答予測サブシステムと、
実際のデバイス位置で周波数応答を測定するための周波数応答測定サブシステムと、
前記測定周波数応答を、前記多数の可能性のあるデバイス位置にそれぞれ関連付けられた各前記予測周波数応答と比較して、前記測定周波数応答と前記予測周波数応答の１つとの間の最良の適合に基づいて、前記多数の可能性のあるデバイス位置から推定デバイス位置を選択するための位置推定サブシステムと、
を含む、デバイス。
（態様１９）
前記デバイスに近接した任意の物体の位置、物理的寸法および電磁的特性を記憶するための地理的および材料データベースをさらに含む、態様１８に記載のデバイス。
（態様２０）
前記デバイスに近接した任意の物体を検知または位置付けするための装置をさらに含む、態様１９に記載のデバイス。
（態様２１）
デバイス位置推定を呈示するためのユーザインタフェースと、
遠隔通信デバイスにデバイス位置を送信するための送受信機と、
をさらに含む、態様１８に記載のデバイス。
（態様２２）
前記周波数応答測定システムは、動的旋回可能受信機を含む、態様１８に記載のデバイス。
（態様２３）
前記周波数応答サブシステムは、前記デバイスに近接した任意の物体により引き起こされるマルチパス干渉を決定するためのモジュールを含む、態様１８に記載のデバイス。
（態様２４）
位置推定を絞り込むための位置推定サブシステムに関連付けられた位置決定デバイスをさらに含む、態様１８に記載のデバイス。
（態様２５）
無線ナビゲーションのためのデバイスであって、
多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する手段と、
実際のデバイス位置で周波数応答を測定する手段と、
前記測定周波数応答を、前記予測周波数応答の１つに整合して、推定デバイス位置を決定する手段であって、前記推定デバイス位置は、前記測定周波数応答に最も密接に整合する前記１つの予測周波数応答に関連付けられた前記可能性のあるデバイス位置に対応する、手段と、
を含む、デバイス。
（態様２６）
前記デバイスに近接した任意の物体により引き起こされる散乱またはマルチパス干渉と、
各予測周波数応答と前記測定周波数応答との間の適合性メトリクスと、
前記デバイスの粗位置と、
を決定する手段をさらに含む、態様２５に記載のデバイス。
（態様２７）
無線ナビゲーションのためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は、
コンピュータ使用可能プログラムコードが具現化されるコンピュータ使用可能媒体を含み、前記コンピュータ使用可能媒体は、
測定周波数応答を、多数の可能性のあるデバイス位置のそれぞれに関連付けられた多数の予測周波数応答のそれぞれと比較するように構成される、コンピュータ使用可能プログラムコードと、
前記測定周波数応答と前記予測周波数応答の１つとの間の最良な適合に基づいて、前記多数の可能性のあるデバイス位置から推定デバイス位置を選択するように構成されるコンピュータ使用可能プログラムコードと、
を含む、コンピュータプログラム製品。
（態様２８）
各予測周波数応答と前記測定周波数応答との間の適合性メトリクスを決定するように構成されるコンピュータ使用可能プログラムコードをさらに含む、態様２７に記載のコンピュータプログラム製品。
（態様２９）
前記測定周波数応答および各予測周波数応答に対する最小二乗適合の留数を決定するように構成されるコンピュータ使用可能プログラムコードをさらに含み、前記適合性メトリクスは前記最小二乗適合の留数に反比例する、態様２８に記載のコンピュータプログラム製品。
（態様３０）
前記測定周波数応答と各予測周波数応答との間の前記最小二乗適合決定の最も低い留数に対応する最良の適合メトリクスを選択するように構成されるコンピュータ使用可能プログラムコードをさらに含み、前記推定デバイス位置は前記最良の適合メトリクスを備えた前記可能性のあるデバイス位置に対応する、態様２７に記載のコンピュータプログラム製品。
（態様３１）
無線ナビゲーションのためのデバイスを含み、前記無線ナビゲーションのためのデバイスは、
多数の可能性のある車両位置のそれぞれに対して周波数応答を予測する手段と、
実際の車両位置で周波数応答を測定する手段と、
前記測定周波数応答を、前記予測周波数応答の１つに整合して、推定車両位置を決定する手段であって、前記推定車両位置は、前記測定周波数応答に最も密接に整合する前記１つの予測周波数応答に関連付けられた前記可能性のある車両位置に対応する、手段と、
を含む、車両。
（態様３２）
前記車両に近接した任意の物体により引き起こされる散乱またはマルチパス干渉と、
各予測周波数応答と前記測定周波数応答との間の適合性メトリクスと、
を決定する手段をさらに含む、態様３１に記載の車両。
【図１】
0005480629.tif 000002
【図２】
0005480629.tif 000003
【図３】
0005480629.tif 000004
【図４】
0005480629.tif 000005
【図５Ａ】
0005480629.tif 000006
【図５Ｂ】
0005480629.tif 000007
【図５Ｃ】
0005480629.tif 000008
【図５Ｄ】
0005480629.tif 000009
【図５Ｅ】
0005480629.tif 000010
【図５Ｆ】
0005480629.tif 000011
【図５Ｇ】
0005480629.tif 000012
【図５Ｈ】
0005480629.tif 000013
【図５Ｉ】
0005480629.tif 000014